JP5832139B2 - Wind power generator - Google Patents

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Description

本発明は、風力発電装置に関し、特に、幅広い風速域において発電することができる風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind power generator, and more particularly to a wind power generator capable of generating power in a wide range of wind speeds.

近年の地球環境問題に対する関心の高まりや、化石燃料の枯渇に対する懸念等から、再生可能エネルギを利用した電力の発電装置の開発が盛んになりつつある。その中でも、風力発電装置は、風のエネルギを電力に変換するものであり、太陽光発電装置、太陽熱発電装置、水力発電装置、地熱発電装置などと並んで、再生可能エネルギを利用した発電装置であり、発電時に二酸化炭素を排出しない発電装置として注目を浴びている。   The development of electric power generators using renewable energy is becoming popular due to increasing interest in global environmental problems in recent years and concerns about exhaustion of fossil fuels. Among them, wind power generators convert wind energy into electric power, and are power generators that use renewable energy alongside solar power generators, solar thermal power generators, hydroelectric power generators, geothermal power generators, etc. It is attracting attention as a power generator that does not emit carbon dioxide during power generation.

一般に風力発電装置では、一つの風車に対して一つの発電機が設けられ、風を受けた風車において発生された回転駆動力を発電機に伝達し、当該発電機において回転駆動力が電力に変換されている。しかしながら、種々の事情により、一つの風車に対して複数(例えば二つ)の発電機が設けられ、一つの風車において発生された回転駆動力を、歯車などの機構を介して複数の発電機に分割して伝達し、それぞれの発電機において発電を行う構成も知られている(例えば、特許文献1参照。)。   Generally, in a wind turbine generator, one generator is provided for one windmill, and the rotational driving force generated in the windmill receiving wind is transmitted to the generator, and the rotational driving force is converted into electric power in the generator. Has been. However, due to various circumstances, a plurality of (for example, two) generators are provided for one windmill, and the rotational driving force generated in one windmill is transferred to the plurality of generators via a mechanism such as a gear. A configuration is also known in which transmission is divided and power is generated in each generator (see, for example, Patent Document 1).

実開平08−000240号公報Japanese Utility Model Publication No. 08-000240

発電容量が大きな発電機が設けられた風力発電装置と比較して、合計の容量が同じ小型の発電機が複数設けられた風力発電装置は、風車を回転させ始める起動トルクが小さいことが知られている。そのため、特許文献1に記載された風力発電装置のように、複数の発電機が設けられた風力発電装置は、同じ発電容量を有する一つの発電機が設けられた風力発電装置よりも、低い風速から風車が回り始め、発電を行うことができる。言い換えるとカットイン風速を低くすることができる。   Compared to wind turbine generators with large generators, wind turbine generators with multiple small generators with the same total capacity are known to have less starting torque to start rotating the windmill. ing. Therefore, like the wind power generator described in Patent Document 1, a wind power generator provided with a plurality of generators has a lower wind speed than a wind power generator provided with one generator having the same power generation capacity. The windmill starts to rotate and can generate electricity. In other words, the cut-in wind speed can be lowered.

しかしながら、大きな発電機が設けられた風力発電装置と比較して、小型の発電機が複数設けられた風力発電総は、カットイン風速を低くすることができるとしても限度があり、低い風速の風を十分に利用した発電が行えていないという問題があった。   However, compared with wind power generators with large generators, the total wind power generator with multiple small generators has a limit even if the cut-in wind speed can be lowered. There was a problem that the power generation that fully utilized was not performed.

特に、カットアウト風速を高くした風力発電装置の場合には、高い風速においても効率的に発電を行えるように風力発電装置の全体における発電容量を大きくした設計がなされている。すると、上述のように小型の発電機を複数設けたとしても、風車を回転させる起動トルクを十分に小さくすることができず、低い風速を利用した発電は困難であるという問題があった。言い換えると、従来の風力発電装置では、幅広い風速域において発電を行うことは困難であるという問題があった。   In particular, in the case of a wind power generator with a high cutout wind speed, the power generation capacity of the entire wind power generator is designed to be large so that power can be generated efficiently even at a high wind speed. Then, even if a plurality of small generators are provided as described above, the starting torque for rotating the windmill cannot be sufficiently reduced, and there is a problem that power generation using a low wind speed is difficult. In other words, the conventional wind power generator has a problem that it is difficult to generate power in a wide range of wind speeds.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、幅広い風速域において発電することができる風力発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wind turbine generator that can generate power in a wide range of wind speeds.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の風力発電装置によれば、風を受けた羽根により回転軸は軸線まわりに回転駆動され、回転軸の回転は伝達部を介して複数の発電機に伝達される。制御部により制御された複数の発電機は、回転軸によって回転駆動されることにより発電を行う。制御部は、羽根に吹き付けられる風の風速、または、回転軸における回転速度に基づいて発電を行う発電機の数を制御している。例えば、風の風速、または、回転軸における回転速度が速くなると発電を行う発電機の数を増やし、風の風速、または、回転速度が遅くなると発電を行う発電機の数を減らす制御を行う。
風の風速または回転軸の回転速度が遅くなって、発電を行う発電機の数を減らす制御を行う場合には、発電を行う発電機の数を増やす制御を行う場合と比較して、速い風速、または、速い回転速度において発電を行う発電機の数を減らす制御を行う。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
According to the wind power generator of the present invention, the rotation shaft is rotationally driven around the axis by the blades that receive wind, and the rotation of the rotation shaft is transmitted to the plurality of generators via the transmission unit. The plurality of generators controlled by the control unit generate power by being rotationally driven by the rotation shaft. The control unit controls the number of generators that generate power based on the wind speed of the wind blown on the blades or the rotational speed of the rotating shaft. For example, control is performed to increase the number of generators that generate power when the wind speed of the wind or the rotation speed of the rotating shaft increases, and to decrease the number of generators that generate power when the wind speed or rotation speed of the wind decreases.
When the wind speed or the rotational speed of the rotating shaft is slowed down and control is performed to reduce the number of generators that generate power, the wind speed is faster than when control is performed to increase the number of generators that generate power. Alternatively, control is performed to reduce the number of generators that generate power at a high rotational speed.

羽根に吹き付けられる風の風速、または、回転軸の回転速度が速い場合には、回転軸から発電機に伝達される回転トルク等の回転駆動力は、風速または回転速度が遅い場合と比較して大きくなる。そのため、回転駆動力を多くの発電機に分配しても、それぞれの発電機に対して発電を行わせるのに十分な大きさの回転駆動力を供給することができ、風のエネルギを余すことなく電力に変換させることができる。   When the wind speed of the wind blown on the blades or the rotational speed of the rotating shaft is high, the rotational driving force such as rotational torque transmitted from the rotating shaft to the generator is compared with the case where the wind speed or the rotational speed is slow. growing. Therefore, even if the rotational driving force is distributed to many generators, it is possible to supply a rotational driving force that is large enough to cause each generator to generate power, leaving excess wind energy. Can be converted into electric power.

羽根に吹き付けられる風の風速、または、回転軸の回転速度が遅い場合には、回転軸から発電機に伝達される回転トルク等の回転駆動力は、風速または回転速度が速い場合と比較して小さくなる。そのため、発電を行う発電機の数を減らして、回転軸が発電機に供給する必要がある回転駆動力を小さくすることにより、羽根および回転軸を継続して回転させ続けることができ、発電機による発電を継続させることができる。   When the wind speed of the wind blown on the blades or the rotational speed of the rotating shaft is slow, the rotational driving force such as the rotational torque transmitted from the rotating shaft to the generator is compared with the case where the wind speed or rotational speed is high. Get smaller. Therefore, by reducing the number of generators that generate power and reducing the rotational driving force that the rotating shaft needs to supply to the generator, the blades and the rotating shaft can be continuously rotated. Power generation by can be continued.

さらに、発電を開始することができる最低限の風の風速を遅くする、言い換えると、弱い風でも発電を開始することができる。つまり、複数の発電機の一部により発電を開始することで、全ての発電機により発電を開始する場合と比較して、羽根、回転軸、発電機を回転させ始めるのに必要な起動トルクを小さくすることができる。また、複数の発電機の合計発電容量と同等の発電容量を有する大型発電機を用いて発電を行う場合と比較しても、起動トルクを小さくすることができる。   Further, the minimum wind speed at which power generation can be started is slowed down, in other words, power generation can be started even with weak wind. In other words, by starting the power generation with some of the multiple generators, the starting torque required to start rotating the blades, the rotating shaft, and the generator compared to the case of starting the power generation with all the generators. Can be small. In addition, the starting torque can be reduced as compared with the case where power generation is performed using a large generator having a power generation capacity equivalent to the total power generation capacity of a plurality of power generators.

風の風速または回転軸の回転速度が遅くなる場合には、風速または回転速度が早い段階で発電を行う発電機の数を減らして、羽根、回転軸および発電機を回転させるのに必要な回転駆動力を減少させる。これにより、風の風速が急激に遅くなっても、発電を行う発電機の数が減少され、羽根、回転軸および発電機を回転させるのに必要な回転駆動力は小さくなっているため、羽根、回転軸および発電機が停止することを防止できる。   If the wind speed or the rotation speed of the rotating shaft is slow, reduce the number of generators that generate electricity at an early stage of the wind speed or rotating speed, and the rotation required to rotate the blades, rotating shaft, and generator. Reduce driving force. This reduces the number of generators that generate power even when the wind speed decreases rapidly, and the rotational driving force required to rotate the blades, the rotating shaft, and the generator is reduced. The rotating shaft and the generator can be prevented from stopping.

その一方で、風の風速または回転軸の回転速度が速くなる場合には、風速または回転速度が遅い段階で発電を行う発電機の数を増やして、発電できる発電量である発電容量を増加させる。これにより、風の風速が急激に早くなっても、発電容量に余裕があるため、風のエネルギを余すことなく電力に変換させることができる。   On the other hand, when the wind speed of the wind or the rotation speed of the rotating shaft increases, increase the number of generators that generate power at a stage where the wind speed or rotation speed is low, and increase the power generation capacity that is the amount of power that can be generated. . Thereby, even if the wind speed of the wind is rapidly increased, the power generation capacity is sufficient, so that the wind energy can be converted into electric power without remaining.

風の風速、または、回転軸の回転速度が速くなる場合であって、一部の発電機で発電を行っている際に、発電を行っている発電機の発電量が、当該発電機の発電容量に対して約半分を超えた時点で、発電を行う発電機の数を増やす制御を行うことが望ましい。このようにすることで、発電容量に近い発電量のときに発電を行う発電機の数を増やす場合と比較して、伝達部における負担が過大になることを防止できる。ここで、発電機における発電容量とは、発電機が発電できる発電量の上限のことである。 When the wind speed of the wind or the rotation speed of the rotating shaft is high, and when power is generated by some generators, the amount of power generated by the power generator It is desirable to perform control to increase the number of generators that generate power when the capacity exceeds about half. By doing in this way, it can prevent that the burden in a transmission part becomes excessive compared with the case where the number of the generators which generate electric power is increased at the time of the electric power generation amount near power generation capacity. Here, the power generation capacity of the generator is the upper limit of the amount of power that can be generated by the generator.

伝達部における負担は、発電を行っている発電機における発電量の増減によって変動するとともに、回転軸の軸線を中心とした発電を行う発電機の配置バランスによっても変動する。つまり、個々の発電機における発電量が同じであっても、発電を行う発電機の配置バランスが悪いと、伝達部における負担は大きくなる。そのため、発電を行っている発電機における発電量が小さい段階で、発電を行う発電機の数を増やすことにより、発電を行う発電機の配置バランスを早い段階でよくして、伝達部にかかる負担が過大になることを防止できる。   The burden on the transmission unit varies depending on the increase / decrease in the amount of power generation in the generator that is generating power, and also varies depending on the arrangement balance of the generators that generate power around the axis of the rotating shaft. That is, even if the power generation amount of each generator is the same, if the arrangement balance of the generators that generate power is poor, the burden on the transmission unit increases. Therefore, by increasing the number of generators that generate electricity when the amount of power generated by the generator that generates electricity is small, the placement balance of the generators that generate electricity can be improved at an early stage, and the load on the transmission unit Can be prevented from becoming excessive.

発電を行う発電機の数を増やす際には、それまで発電を行っていた発電機の発電量を減らして、発電を行う発電機の数を増やし、発電を行う発電機の合計の発電量を増加させることが望ましい。このようにすることで、発電を行っていた発電機の発電量を減らすことなく、発電を行う発電機の数を増やす場合と比較して、伝達部における負担が過大になることを防止できるとともに、電力の配分における負担を小さくすることができる。   When increasing the number of generators that generate electricity, reduce the amount of power generated by the generators that have been generating power until then, increase the number of generators that generate electricity, and increase the total amount of generators that generate electricity. It is desirable to increase. By doing so, it is possible to prevent the burden on the transmission unit from becoming excessive as compared with the case of increasing the number of generators that generate power without reducing the amount of power generated by the generator that was generating power. The burden on power distribution can be reduced.

発電を行う発電機の数を増やした際に、発電を行っている複数の発電機における発電量の差を早く小さくすることができる。そのため、伝達部における発電機へ伝達させる回転駆動力の大きさのアンバランスを早く改善することができ、伝達部における負担が過大になることを防止できる。また、発電を行っている発電機における発電量を早く均一にすることができるため、発電を行っている発電機が発電すべき電力の分配の偏りを早く解消することができる。   When the number of generators that generate power is increased, it is possible to quickly reduce the difference in power generation amount among the plurality of generators that generate power. Therefore, it is possible to quickly improve the imbalance of the magnitude of the rotational driving force transmitted to the generator in the transmission unit, and it is possible to prevent the burden on the transmission unit from becoming excessive. In addition, since the power generation amount in the power generator that generates power can be made uniform quickly, it is possible to quickly eliminate the uneven distribution of power that the power generator that generates power should generate.

発電を行う複数の発電機の数を増減させることなく、合計の発電量を増減させる場合、複数の発電機のそれぞれの発電量を同等に保ちつつ、合計の発電量を増減させることが望ましい。   When the total power generation amount is increased or decreased without increasing or decreasing the number of the plurality of power generators, it is desirable to increase or decrease the total power generation amount while keeping the power generation amounts of the plurality of generators equal.

このようにすることで、複数の発電機のそれぞれの発電量が大きく異なる場合と比較して、伝達部における負担を減らすことができるとともに、電力の配分における負担を小さくすることができる。   By doing in this way, compared with the case where each electric power generation amount of a some generator differs greatly, while being able to reduce the burden in a transmission part, the burden in distribution of electric power can be made small.

ここで、発電量が同等とは、発電量が完全に同一である場合だけでなく、発電量を同一にしようと発電機を制御した際に必ず発生する差異だけ、発電量が異なっている場合も含むものである。   Here, the power generation amount is equivalent not only when the power generation amount is completely the same, but also when the power generation amount is different by the difference that always occurs when the generator is controlled to make the power generation amount the same. Is also included.

発電機には、第1発電機と第2発電機とが含まれ、第1発電機は、第2発電機と比較して起動トルクが小さく、風の風速または回転軸の回転速度が遅い時には、第1発電機のみで発電を行い、風速または回転速度が速い時には、第1発電機および第2発電機で発電を行うことが望ましい。   The generator includes a first generator and a second generator. When the first generator has a smaller starting torque than the second generator and the wind speed of the wind or the rotation speed of the rotating shaft is slow, It is desirable to generate electricity with only the first generator and to generate electricity with the first generator and the second generator when the wind speed or rotational speed is high.

このようにすることで、複数の発電機が同じ場合、つまり起動トルクが同じ場合と比較して、より遅い風の風速または回転軸の回転速度の時から発電を行うことができる。
例えば、風の風速において、3m/sから6m/sの出現率が高い時には、一部の発電機または第1発電機のみで発電を行い、7m/sから8m/sの風速が出現し始めたら、全ての発電機または第1発電機および第2発電機で発電を行う。
By doing in this way, compared with the case where a several generator is the same, ie, the case where starting torque is the same, it can produce electric power from the time of the slower wind speed or the rotational speed of a rotating shaft.
For example, when the appearance rate of 3 m / s to 6 m / s is high in the wind speed of wind, power generation is performed only with some of the generators or the first generator, and wind speeds of 7 m / s to 8 m / s begin to appear. Then, power is generated by all the generators or the first generator and the second generator.

本発明の風力発電装置によれば、風を受けた羽根により回転軸は軸線まわりに回転駆動され、回転軸の回転は伝達部を介して複数の発電機に伝達され、制御部により制御された複数の発電機は、回転軸によって回転駆動されることにより発電を行う。制御部は、羽根に吹き付けられる風の風速、または、回転軸における回転速度に基づいて発電を行う発電機の数を制御しているため、幅広い風速域において発電することができるという効果を奏する。   According to the wind power generator of the present invention, the rotating shaft is driven to rotate around the axis by the blades that receive the wind, and the rotation of the rotating shaft is transmitted to the plurality of generators via the transmission unit and controlled by the control unit. The plurality of generators generate electricity by being driven to rotate by a rotating shaft. Since the control unit controls the number of generators that generate electric power based on the wind speed of the wind blown on the blades or the rotational speed of the rotating shaft, there is an effect that power can be generated in a wide range of wind speeds.

本発明の第1の実施形態に係る風力発電装置の概略構成を説明する模式図である。It is a mimetic diagram explaining a schematic structure of a wind power generator concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1の発電部の構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the structure of the electric power generation part of FIG. 図2の発電部の構成を説明する正面視図である。It is a front view explaining the structure of the electric power generation part of FIG. 図3の発電部の構成を説明するA−A線矢視断面図である。It is an AA arrow directional cross-sectional view explaining the structure of the electric power generation part of FIG. 図2の発電部の構成を説明する側面視図である。It is a side view explaining the structure of the electric power generation part of FIG. 図1の風力発電装置における連系部の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the interconnection part in the wind power generator of FIG. 図6の制御部による制御内容を説明するグラフである。It is a graph explaining the control content by the control part of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る風力発電装置における発電機の配置を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining arrangement | positioning of the generator in the wind power generator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図8の風力発電装置における連系部の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the interconnection part in the wind power generator of FIG. 図9の制御部による制御内容を説明するグラフである。It is a graph explaining the control content by the control part of FIG. 本発明の第3の実施形態に係る風力発電装置の構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the wind power generator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図11の連系部における構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure in the interconnection part of FIG.

〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係る風力発電装置1ついて図1から図7を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る風力発電装置1の概略構成を説明する模式図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a wind turbine generator 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a wind turbine generator 1 according to the present embodiment.

本実施形態の風力発電装置1は、図1に示すように、垂直軸型風車10、発電部20および連系部40の組合せを複数備えたものであり、出力がMW級の大型水平軸型風車を用いた風力発電装置と比較して小型な(例えば、1台あたりの出力が数十kWから十数kW程度の)垂直軸型風車10、発電部20および連系部40の組合せを備えたものである。風力発電装置1には、垂直軸型風車10と、発電部20と、架台30と、連系部40とが主に設けられている。   As shown in FIG. 1, the wind turbine generator 1 of the present embodiment includes a plurality of combinations of a vertical axis wind turbine 10, a power generation unit 20, and an interconnection unit 40, and a large horizontal axis type whose output is MW class. Compared with a wind turbine generator using a windmill, a combination of the vertical axis wind turbine 10, the power generation unit 20, and the interconnection unit 40, which is small (for example, the output per unit is about several tens to several tens of kW), is provided. It is a thing. The wind turbine generator 1 is mainly provided with a vertical axis type windmill 10, a power generation unit 20, a gantry 30, and an interconnection unit 40.

垂直軸型風車10は、風を受けて回転駆動力を発生させるものであり、発電部20に回転駆動力を供給するものである。垂直軸型風車10には、図1に示すように、シャフト(回転軸)11と、ブレード(羽根)12と、アーム13と、が主に設けられている。   The vertical axis type windmill 10 generates a rotational driving force by receiving wind and supplies the rotational driving force to the power generation unit 20. As shown in FIG. 1, the vertical axis wind turbine 10 is mainly provided with a shaft (rotating shaft) 11, a blade (blade) 12, and an arm 13.

シャフト11は、垂直軸型風車10の中心に配置されるものであり、柱状、より具体的には円柱状に形成されたものである。シャフト11は、架台30によって、その中心線である回転軸線まわりに回転可能に支持されており、シャフト11を回転可能に支持する部材としては、ベアリングなど公知の軸受け部材を用いることができる。さらに、垂直軸型風車10のシャフト11は、その回転軸線が風の流れ方向に対して交差する方向、例えば垂直方向に延びて配置されている。本実施形態では、シャフト11が鉛直方向に延びて配置された例に適用して説明する。   The shaft 11 is disposed at the center of the vertical axis type windmill 10 and is formed in a columnar shape, more specifically, in a cylindrical shape. The shaft 11 is supported by the pedestal 30 so as to be rotatable around a rotation axis that is a center line thereof, and a known bearing member such as a bearing can be used as a member that rotatably supports the shaft 11. Further, the shaft 11 of the vertical axis type windmill 10 is disposed so as to extend in a direction in which the rotation axis intersects the wind flow direction, for example, in the vertical direction. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which the shaft 11 extends in the vertical direction.

ブレード12は、風を受けてシャフト11を中心として回転する回転駆動力を発生させるものである。本実施形態では、ブレード12は、直線状に延びて形成されるとともに断面が翼形、つまり直線翼状に形成された羽根である。ブレード12は、シャフト11の回転軸線を中心とした同一の円筒面周上に、等間隔に配置されている。さらに、ブレード12は、翼形における正圧面がシャフト11側を向き、負圧面がシャフト11と反対側を向くように配置されている。本実施形態では、3つのブレード12,12,12が120°間隔に配置されている例に適用して説明する。   The blade 12 receives wind and generates a rotational driving force that rotates about the shaft 11. In the present embodiment, the blade 12 is a blade formed so as to extend linearly and has a cross section formed into an airfoil, that is, a straight airfoil. The blades 12 are disposed at equal intervals on the same cylindrical surface around the rotation axis of the shaft 11. Further, the blade 12 is arranged so that the pressure surface in the airfoil faces the shaft 11 side and the suction surface faces the opposite side of the shaft 11. In the present embodiment, description will be made by applying to an example in which three blades 12, 12, 12 are arranged at intervals of 120 °.

さらに、1本のシャフト11には、3つのブレード12の組が2組、合計6つのブレード12が配置されている。つまり、1本のシャフト11を長手方向に2分割したうちの一方(シャフト11の上側部分)に3つのブレード12の組が配置され、他方(シャフト11の下側部分)に他の3つのブレード12の組が配置されている。   Furthermore, two sets of three blades 12 are arranged on one shaft 11 for a total of six blades 12. That is, a set of three blades 12 is arranged on one (upper portion of the shaft 11) of one shaft 11 divided into two in the longitudinal direction, and the other three blades on the other (lower portion of the shaft 11). Twelve sets are arranged.

下側部分に配置されたブレード12の組は、上側部分に配置されたブレード12の組と対比して、ブレード12が配置される位相(位置)が異なった状態でシャフト11に取り付けられている。本実施形態では、下側部分に配置されたブレード12の組は、上側部分に配置されたブレード12の組と対比して、位相を60°異ならせて配置されている。このようにすることで、垂直軸型風車10の起動性を向上させることができる。つまり、風の吹く方向による垂直軸型風車10における起動性のばらつきを抑えることができる。   The pair of blades 12 arranged in the lower part is attached to the shaft 11 in a state where the phase (position) where the blades 12 are arranged is different from that of the pair of blades 12 arranged in the upper part. . In this embodiment, the set of blades 12 arranged in the lower part is arranged with a phase difference of 60 ° as compared with the set of blades 12 arranged in the upper part. By doing in this way, the startability of the vertical axis windmill 10 can be improved. That is, it is possible to suppress variation in startability in the vertical axis type wind turbine 10 depending on the direction in which the wind blows.

アーム13は、シャフト11とブレード12との間に配置された棒状の部材であって、シャフト11の回転軸線を中心に放射状に配置された部材である。アーム13は、シャフト11に対してブレード12を取り付けて固定するものであり、かつ、風を受けたブレード12において発生した揚力や抗力などの力をシャフト11に伝達するものである。1つのブレード12に対して2本のアーム13,13が用いられ、アーム13は、ブレード12に対して、ブレード12における上端側、および下端側に取り付けられ、シャフト11に対して、上下方向(回転軸線方向)に位置をずらして取り付けられている。   The arm 13 is a rod-shaped member disposed between the shaft 11 and the blade 12 and is a member disposed radially about the rotation axis of the shaft 11. The arm 13 attaches and fixes the blade 12 to the shaft 11, and transmits a force such as lift and drag generated in the blade 12 that receives wind to the shaft 11. Two arms 13, 13 are used for one blade 12, and the arm 13 is attached to the blade 12 on the upper end side and the lower end side of the blade 12, and is vertically oriented ( (Mounted in the rotational axis direction).

図2は、図1の発電部20の構成を説明する斜視図である。図3は、図2の発電部20の構成を説明する正面視図である。図4は、図3の発電部20の構成を説明するA−A線矢視断面図である。図5は、図2の発電部20の構成を説明する側面視図である。   FIG. 2 is a perspective view illustrating the configuration of the power generation unit 20 of FIG. FIG. 3 is a front view for explaining the configuration of the power generation unit 20 of FIG. 2. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA for explaining the configuration of the power generation unit 20 of FIG. 3. FIG. 5 is a side view for explaining the configuration of the power generation unit 20 of FIG. 2.

発電部20は、図2から図5に示すように、垂直軸型風車10のシャフト11によって回転駆動されることにより、発電を行うものである。発電部20には、シャフト11から回転が伝えられるギア部(伝達部)21と、発電を行う2つの発電機22と、ギア部21および発電機22を支持する支持部23と、が主に設けられている。   As shown in FIGS. 2 to 5, the power generation unit 20 is driven to rotate by the shaft 11 of the vertical axis wind turbine 10 to generate power. The power generation unit 20 mainly includes a gear unit (transmission unit) 21 that transmits rotation from the shaft 11, two power generators 22 that generate power, and a support unit 23 that supports the gear unit 21 and the power generator 22. Is provided.

ギア部21は、シャフト11の回転を発電部20に伝達するものであり、かつ、シャフト11の回転速度を発電部20における発電に適した回転速度に変換するものである。ギア部21には、シャフト11に対して同軸に取り付けられた大歯車21Aと、発電機22の回転軸と同軸に取り付けられ、大歯車21Aと噛み合わされた小歯車21Bとが設けられている。   The gear unit 21 transmits the rotation of the shaft 11 to the power generation unit 20, and converts the rotation speed of the shaft 11 into a rotation speed suitable for power generation in the power generation unit 20. The gear portion 21 is provided with a large gear 21A that is coaxially attached to the shaft 11 and a small gear 21B that is coaxially attached to the rotating shaft of the generator 22 and meshed with the large gear 21A.

大歯車21Aは、シャフト11の下端に取り付けられるとともに、シャフト11とともに回転可能に支持されたものである。小歯車21Bは、発電機22の回転軸の端部に取り付けられるとともに、発電機22の回転軸とともに回転可能とされたものである。大歯車21Aおよび小歯車21Bは、互いに噛み合って配置され、大歯車21Aの回転が小歯車21Bに伝達されるものである。   The large gear 21 </ b> A is attached to the lower end of the shaft 11 and is rotatably supported together with the shaft 11. The small gear 21 </ b> B is attached to the end of the rotating shaft of the generator 22 and is rotatable with the rotating shaft of the generator 22. The large gear 21A and the small gear 21B are arranged to mesh with each other, and the rotation of the large gear 21A is transmitted to the small gear 21B.

本実施形態では、ギア部21の軽量化を目的として、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維強化樹脂や、ポリエチレンテレフタレートなどのエンジニアリングプラスチックや、ポリフェニレンスルファイドなどのスーパーエンジニアリングプラスチックなど、強度の高い樹脂を用いて大歯車21Aや、小歯車21Bが形成されている例に適用して説明する。   In the present embodiment, for the purpose of reducing the weight of the gear portion 21, a high-strength resin such as fiber reinforced resin such as glass fiber or carbon fiber, engineering plastic such as polyethylene terephthalate, or super engineering plastic such as polyphenylene sulfide is used. The description will be made by applying to an example in which the large gear 21A and the small gear 21B are formed.

さらに、大歯車21Aの近傍には、シャフト11の回転を機械的に規制する機械式ブレーキ14が設けられている。機械式ブレーキ14は、シャフト11に固定された円板部14Aと、円板部14Aを挟むことでシャフト11の回転を規制する挟持部14Bとから主に構成されている。   Further, a mechanical brake 14 that mechanically restricts the rotation of the shaft 11 is provided in the vicinity of the large gear 21A. The mechanical brake 14 is mainly composed of a disc portion 14A fixed to the shaft 11 and a clamping portion 14B that regulates the rotation of the shaft 11 by sandwiching the disc portion 14A.

発電機22は、シャフト11からギア部21を介して伝達された回転駆動力に基づいて発電を行うものである。本実施形態では、発電機22は永久磁石とコイルから構成されたコアレス発電機であり、2つの発電機22が発電部20に設けられている例に適用して説明する。2つの発電機22は、発電容量や大きさ等が同一のものであり、連系部40により制御されるものである。なお、発電機22としては、上述のようにコアレス発電機を用いてもよいし、他の形式の発電機を用いてもよく、特に限定するものではない。   The generator 22 generates power based on the rotational driving force transmitted from the shaft 11 via the gear portion 21. In the present embodiment, the generator 22 is a coreless generator composed of a permanent magnet and a coil, and will be described by applying to an example in which two generators 22 are provided in the power generation unit 20. The two generators 22 have the same power generation capacity and size, and are controlled by the interconnection unit 40. As the generator 22, a coreless generator may be used as described above, or another type of generator may be used, and the generator 22 is not particularly limited.

支持部23は、ギア部21および発電機22を支持するものであり、2つの発電機22の間にシャフト11が配置された状態で、これらのものを支持するものである。言い換えると、同一直線上に、発電機22、シャフト11、発電機22の順に並んで配置された状態で、これらのものを支持するものである)。さらに言い換えると、シャフト11の軸線を中心として、2つの発電機22が対象に配置された状態で、これらのものを支持するものである。   The support portion 23 supports the gear portion 21 and the generator 22, and supports these components in a state where the shaft 11 is disposed between the two generators 22. In other words, the generator 22, the shaft 11, and the generator 22 are arranged in this order on the same straight line, and these are supported. In other words, the two generators 22 are supported with the two generators 22 arranged on the object around the axis of the shaft 11.

支持部23には、発電機22を支持する台部23Aと、大歯車21Aを支持する段部23Bと、大歯車21Aを覆う天板部23Cおよび柱部23Dとが、主に設けられている。
台部23Aは、発電部20に設けられた他の部品を支持する板状の部材であり、発電機22、段部23B、柱部23Dが直接取り付けられるものである。段部23Bは、台部23Aの略中央に配置されたものであり、台部23A側から大歯車21Aおよびシャフト11を回転可能に支持するものである。また、シャフト11に取り付けられた大歯車21Aと、発電機22に取り付けられた小歯車21Bとの相対位置を調節し、両歯車が噛み合うように支持するものでもある。
The support portion 23 is mainly provided with a base portion 23A that supports the generator 22, a step portion 23B that supports the large gear 21A, and a top plate portion 23C and a column portion 23D that cover the large gear 21A. .
The base 23A is a plate-like member that supports other components provided in the power generation unit 20, and the generator 22, the step 23B, and the column 23D are directly attached to the base 23A. The step portion 23B is disposed substantially at the center of the base portion 23A, and rotatably supports the large gear 21A and the shaft 11 from the base portion 23A side. Further, the relative position of the large gear 21A attached to the shaft 11 and the small gear 21B attached to the generator 22 is adjusted, and the two gears are supported so as to mesh with each other.

天板部23Cは、台部23Aとの間に大歯車21Aが配置されるものであり、大歯車21Aを上方から覆う板状の部材である。天板部23Cには、シャフト11が挿通される貫通孔が形成されている。天板部23Cと台部23Aとの間には4本の柱部23Dが配置され、天板部23Cが柱部23Dによって台部23Aに固定されている。   The top plate portion 23C is a plate-like member in which the large gear 21A is disposed between the top plate portion 23A and the base portion 23A, and covers the large gear 21A from above. A through hole through which the shaft 11 is inserted is formed in the top plate portion 23C. Four column portions 23D are arranged between the top plate portion 23C and the base portion 23A, and the top plate portion 23C is fixed to the base portion 23A by the column portion 23D.

架台30は、少なくとも垂直軸型風車10および発電部20からなる組を、複数組、支持するであるとともに、垂直軸型風車10および発電部20の周囲を取り囲むトラス構造またはラーメン構造を有するものである。本実施形態では、4組の垂直軸型風車10および発電部20を水平方向に直線状に並べた状態で支持する架台30の例に適用して説明する。架台30には、支柱31と、下方支持部33と、上方支持部34と、中央支持部35と、が主に設けられている。   The gantry 30 supports a plurality of sets including at least the vertical axis windmill 10 and the power generation unit 20 and has a truss structure or a ramen structure surrounding the vertical axis windmill 10 and the power generation unit 20. is there. In the present embodiment, description will be made by applying to an example of a gantry 30 that supports four sets of vertical axis wind turbines 10 and a power generation unit 20 in a state of being arranged in a straight line in the horizontal direction. The gantry 30 is mainly provided with a column 31, a lower support portion 33, an upper support portion 34, and a center support portion 35.

支柱31は、土台Bから架台30の上端(本実施形態では地面から11m上方)まで、鉛直方向に延びて配置された柱状の部材であり、架台30の外形を形成するものである。支柱31は、垂直軸型風車10および発電部20の質量の大半を支えるものであり、地面から上方へ離れた位置で垂直軸型風車10および発電部20を支えるものである。支柱31は柱状の部材であり、1つの垂直軸型風車10および発電部20の組を中心として四方に離れた4か所に配置されている。垂直軸型風車10および発電部20の組が隣接し、2本の支柱31が重複する場所では、一方の支柱31を省略して、残りの1本の支柱31が共用される。   The column 31 is a columnar member that extends in the vertical direction from the base B to the upper end of the gantry 30 (11 m above the ground in the present embodiment), and forms the outer shape of the gantry 30. The support column 31 supports most of the mass of the vertical axis windmill 10 and the power generation unit 20, and supports the vertical axis windmill 10 and the power generation unit 20 at a position away from the ground upward. The column 31 is a columnar member, and is disposed at four locations that are separated in four directions around the set of one vertical axis type windmill 10 and the power generation unit 20. In a place where the set of the vertical axis type wind turbine 10 and the power generation unit 20 is adjacent and the two struts 31 overlap, one strut 31 is omitted and the remaining one strut 31 is shared.

下方支持部33は、支柱31とともに垂直軸型風車10および発電部20の質量を支えるものである。下方支持部33は、地面から所望の距離だけ上方に離れた位置(本実施形態では約2m)において、4本の支柱31の間を水平方向に延びて配置されるとともに、架台30を上方から見て、4本の支柱31を対角線状につなぐように配置された棒状の部材である。本実施形態では、下方支持部33として、断面がI字状やH字状に形成された部材が用いられた例に適用して説明する。   The lower support portion 33 supports the mass of the vertical axis wind turbine 10 and the power generation unit 20 together with the support 31. The lower support portion 33 is disposed so as to extend horizontally between the four support columns 31 at a position spaced apart from the ground by a desired distance (about 2 m in the present embodiment), and the pedestal 30 from above. It is a rod-like member arranged so as to connect the four support columns 31 diagonally. In the present embodiment, the lower support portion 33 will be described as applied to an example in which a member whose cross section is formed in an I shape or an H shape is used.

上方支持部34はシャフト11の上端を回転可能に支持するものである。上方支持部34は、支柱31の上端近傍において、4本の支柱31の間を水平方向に延びて配置されるとともに、架台30を上方から見て、4本の支柱31を対角線状につなぐように配置された棒状の部材である。   The upper support part 34 supports the upper end of the shaft 11 rotatably. The upper support portion 34 is disposed in the vicinity of the upper end of the support column 31 so as to extend horizontally between the four support columns 31 and connects the four support columns 31 diagonally when the gantry 30 is viewed from above. It is the rod-shaped member arrange | positioned in.

中央支持部35はシャフト11の中央部分を回転可能に支持するものである。中央支持部35は、下方支持部33と上方支持部34との間であって、上下に並んで配置されたブレード12の間において、4本の支柱31の間を水平方向に延びて配置されるとともに、架台30を上方から見て、4本の主支柱31を対角線状につなぐように配置された棒状の部材である。上方支持部34とシャフト11の上端との間、および、中央支持部35とシャフト11との間には、シャフト11を回転軸線まわりに回転可能に支持するベアリングなどの公知の軸受けが配置されている。   The center support part 35 supports the center part of the shaft 11 rotatably. The central support portion 35 is disposed between the lower support portion 33 and the upper support portion 34 and extends between the four support columns 31 in the horizontal direction between the blades 12 arranged vertically. In addition, it is a rod-like member arranged so as to connect the four main columns 31 diagonally when the gantry 30 is viewed from above. Known bearings such as bearings that support the shaft 11 so as to be rotatable around the rotation axis are disposed between the upper support portion 34 and the upper end of the shaft 11 and between the central support portion 35 and the shaft 11. Yes.

図6は、図1の風力発電装置1における連系部40の構成を説明するブロック図である。
連系部40は、発電機22により発電された電力における電圧および周波数を、外部の電力系統(例えば、商用電源)における電圧および周波数に変換するものであり、かつ、発電機22における発電を制御するものでもある。連系部40には、図6に示すように、コンバータ部41と、スイッチ部42と、パワーコンディショナ43と、制御部44と、が主に設けられている。
FIG. 6 is a block diagram illustrating the configuration of the interconnection unit 40 in the wind turbine generator 1 of FIG.
The interconnection unit 40 converts the voltage and frequency in the power generated by the generator 22 into the voltage and frequency in an external power system (for example, commercial power supply), and controls the power generation in the generator 22. It is also what you do. As shown in FIG. 6, the interconnecting unit 40 is mainly provided with a converter unit 41, a switch unit 42, a power conditioner 43, and a control unit 44.

コンバータ部41は、発電機22により発電された交流電力を、直流電力に変換した後、当該直流電力の電圧を所望の電圧を有する直流電力に変換するもの(AC−DC−DCコンバータ)である。また、コンバータ部41は、制御部44から入力される制御信号に基づいて、発電機22における発電を制御するものでもある。   The converter unit 41 converts AC power generated by the generator 22 into DC power, and then converts the voltage of the DC power into DC power having a desired voltage (AC-DC-DC converter). . The converter unit 41 also controls power generation in the generator 22 based on a control signal input from the control unit 44.

スイッチ部42は、制御部44から入力される制御信号に基づいて、コンバータ部41からパワーコンディショナ43に供給される直流電力量を制御するものである。さらに、スイッチ部42は、コンバータ部41からパワーコンディショナ43に供給される直流電力量を制御することにより、発電機22に対する負荷を制御して、発電機22における発電を制御するものである。   The switch unit 42 controls the amount of DC power supplied from the converter unit 41 to the power conditioner 43 based on a control signal input from the control unit 44. Further, the switch unit 42 controls the load on the generator 22 by controlling the amount of DC power supplied from the converter unit 41 to the power conditioner 43, thereby controlling the power generation in the generator 22.

パワーコンディショナ43は、直流電力を所望の周波数を有する交流電力に変換するもの(DC−ACコンバータ)である。所望の周波数としては、商用電源と同じ50Hzや60Hzの周波数を例示することができる。   The power conditioner 43 converts DC power into AC power having a desired frequency (DC-AC converter). As a desired frequency, the same 50 Hz and 60 Hz frequency as commercial power supply can be illustrated.

制御部44は、内蔵された記憶装置に書き込まれた各種のプログラムを読み込み、実行することにより各種の情報の演算処理を行う演算処理装置である。さらに制御部44は、コンバータ部41およびスイッチ部42を制御することにより、外部の電力系統に出力される電力量を制御するとともに、発電部20における発電を制御するものである。制御部44には、シャフト11の回転数速度を測定する回転センサ45の測定信号が入力され、制御部44は、測定信号に基づいてコンバータ部41およびスイッチ部42を制御する制御信号を生成している。生成された制御信号は、コンバータ部41およびスイッチ部42に出力される。   The control unit 44 is an arithmetic processing device that performs arithmetic processing of various information by reading and executing various programs written in a built-in storage device. Further, the control unit 44 controls the converter unit 41 and the switch unit 42 to control the amount of power output to the external power system and to control power generation in the power generation unit 20. A measurement signal from a rotation sensor 45 that measures the rotation speed of the shaft 11 is input to the control unit 44, and the control unit 44 generates a control signal for controlling the converter unit 41 and the switch unit 42 based on the measurement signal. ing. The generated control signal is output to the converter unit 41 and the switch unit 42.

次に、上記の構成からなる風力発電装置1における発電について図1、図2および図6を参照しながら説明する。
まず、風力発電装置1による発電について一般的な内容を説明する。図1に示すように、風力発電装置1の垂直軸型風車10は、風を受けるとシャフト11を中心として回転する。具体的には、垂直軸型風車10のブレード12は、風を受けることにより、揚力や抗力を発生してシャフト11を中心として回転する。垂直軸型風車10が回転し始めると、ブレード12は風に加えて自らの回転による相対的な空気の流れを受けることにより、揚力を発生してシャフト11を中心として回転する。
Next, power generation in the wind turbine generator 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 6.
First, general contents of power generation by the wind power generator 1 will be described. As shown in FIG. 1, the vertical axis wind turbine 10 of the wind turbine generator 1 rotates around a shaft 11 when receiving wind. Specifically, the blade 12 of the vertical axis windmill 10 rotates around the shaft 11 by generating lift and drag when receiving wind. When the vertical axis wind turbine 10 starts to rotate, the blade 12 receives a relative air flow due to its rotation in addition to the wind, thereby generating lift and rotating about the shaft 11.

シャフト11の回転はギア部21を介して発電機22に伝達され、発電機22は伝達された回転駆動力を用いて発電を行う。発電機22により発電された電力は、外部の電力系統に供給できるように、連系部40において電圧および周波数が変換される。連系部40から出力された電力は、外部の電力系統に供給、つまり売電される。その他にも、発電された電力を蓄電池に蓄電してもよいし、電力を消費する設備(例えば、工業設備や商業設備など)に供給してもよい。   The rotation of the shaft 11 is transmitted to the generator 22 through the gear portion 21, and the generator 22 generates power using the transmitted rotational driving force. The power generated by the generator 22 is converted in voltage and frequency in the interconnection unit 40 so that it can be supplied to an external power system. The power output from the interconnection unit 40 is supplied to an external power system, that is, sold. In addition, the generated power may be stored in a storage battery, or may be supplied to a facility (for example, industrial facility or commercial facility) that consumes power.

次に、本実施形態の特徴である、発電機22における発電の制御について説明する。具体的には、シャフト11の回転数に基づいて発電を行う発電機22の数を増減させる点が本実施形態の風力発電装置1の特徴であり、この点について説明する。図7は、図6の制御部による制御内容を説明するグラフである。   Next, the control of power generation in the generator 22 that is a feature of the present embodiment will be described. Specifically, the feature of the wind power generator 1 of the present embodiment is that the number of generators 22 that generate power based on the number of rotations of the shaft 11 is increased or decreased. This point will be described. FIG. 7 is a graph illustrating the contents of control by the control unit of FIG.

風が止まっている状態から風が吹き始めて徐々に風速が早くなると、風を受けたブレード12およびシャフト11は回転し始める(図7の左から右に向かい始める。)。風速が、風力発電装置1において発電が可能となる風速であるカットイン風速を超えると、風力発電装置1において発電が開始される。   When the wind starts to blow from the state where the wind is stopped and the wind speed gradually increases, the blade 12 and the shaft 11 receiving the wind start to rotate (from the left to the right in FIG. 7). When the wind speed exceeds the cut-in wind speed, which is the wind speed at which power generation is possible in the wind power generator 1, power generation is started in the wind power generator 1.

制御部44には回転センサ45から出力された測定信号が入力され、制御部44は、測定信号に基づいてシャフト11の回転速度を推定する。シャフト11の回転速度が第1閾値未満の場合には、制御部44は2つの発電機22のうち、1つで発電を行い、残りの1つでは発電を行わない制御を行う。発電を行わない制御は、スイッチ部42に対してコンバータ部41からパワーコンディショナ43への電流の流れを遮断する制御信号を出力する等により行われる。   The measurement signal output from the rotation sensor 45 is input to the control unit 44, and the control unit 44 estimates the rotation speed of the shaft 11 based on the measurement signal. When the rotational speed of the shaft 11 is less than the first threshold, the control unit 44 performs power generation with one of the two generators 22 and performs control without generating power with the remaining one. Control that does not generate power is performed by outputting a control signal that interrupts the flow of current from the converter unit 41 to the power conditioner 43 to the switch unit 42.

ここで第1閾値とは、この回転速度でシャフト11が回転されている際に発電部20が発電している発電量が、当該発電部20の発電容量に対して40%から60%までの間の所定値となる値である。   Here, the first threshold value is that the power generation amount generated by the power generation unit 20 when the shaft 11 is rotated at this rotational speed is 40% to 60% of the power generation capacity of the power generation unit 20. It is a value that is a predetermined value.

また、発電を行う発電機22に対して制御部44は、シャフト11の回転速度に応じて発電量、言い換えると、外部の電力系統へ供給する電力量を制御する制御信号を出力する。発電量または電力量の制御は、コンバータ部41における電力の電圧および周波数の変換や、スイッチ部42における電流の流れを制御することにより行われる。   Further, the control unit 44 outputs a control signal for controlling the amount of power generated according to the rotational speed of the shaft 11, in other words, the amount of power supplied to the external power system, to the generator 22 that generates power. The amount of power generation or the amount of power is controlled by converting the voltage and frequency of power in the converter unit 41 and controlling the current flow in the switch unit 42.

シャフト11の回転速度が第1閾値以上になると、制御部44は、それまで発電を行っていた発電機22における発電量を減少させる制御を行うとともに、それまで発電を行っていなかった2つ目の発電機22における発電を開始する制御を行う。2つの発電機22における合計の発電量は、図7に示すように、回転速度の増加に比例して増加するように制御されている。   When the rotational speed of the shaft 11 is equal to or higher than the first threshold, the control unit 44 performs control to reduce the power generation amount in the generator 22 that has been generating power until then, and the second that has not been generated until then. Control for starting power generation in the generator 22 is performed. As shown in FIG. 7, the total power generation amount in the two generators 22 is controlled so as to increase in proportion to the increase in the rotational speed.

最初から発電していた発電機22における発電量は、2つの発電機22における発電量が等しくなるまで、回転速度の増加に伴い減少され、途中から発電し始めた発電機22における発電量は回転速度の増加に伴い増加される制御が行われる。   The amount of power generated in the generator 22 that has been generating power from the beginning is decreased as the rotational speed increases until the amount of power generated in the two generators 22 becomes equal. Control that increases with increasing speed is performed.

2つの発電機22における発電量が等しくなると、その後は、2つの発電機22に対して、発電量が等しい関係を保ちつつ、回転速度の増加に伴い発電量を増加させる制御が制御部44によって行われる。   When the power generation amounts in the two power generators 22 become equal, control for increasing the power generation amount as the rotational speed increases is maintained by the control unit 44 while maintaining the same power generation amount relationship for the two power generators 22. Done.

その一方で風が弱くなり、風速が徐々に遅くなると、シャフト11の回転速度が低下し始める(図7の右から左に向かい始める。)。シャフト11の回転速度が第2閾値以上の場合には、2つの発電機22における発電量が等しくなる制御が行われる。シャフト11の回転速度が第2閾値未満に低下すると、回転速度の低下に伴い、1つの発電機22における発電量が増加されると共に、他の1つの発電機22における発電量は急激に減少される。2つの発電機22における合計の発電量は、回転速度の低下に伴い減少するように制御される。   On the other hand, when the wind becomes weak and the wind speed gradually decreases, the rotation speed of the shaft 11 starts to decrease (from the right to the left in FIG. 7). When the rotational speed of the shaft 11 is equal to or higher than the second threshold, control is performed so that the power generation amounts in the two generators 22 are equal. When the rotational speed of the shaft 11 falls below the second threshold value, the power generation amount in one generator 22 is increased and the power generation amount in the other one generator 22 is drastically reduced as the rotational speed is reduced. The The total power generation amount in the two generators 22 is controlled so as to decrease as the rotational speed decreases.

そして、シャフト11の回転速度が更に低下して、第3閾値未満に低下すると、1つの発電機22のみで発電が行われ、他の1つの発電機22では発電を行わない制御が行われる。発電を行う発電機22における発電量は、回転速度の低下に伴い減少する制御が行われる。ここで、第3閾値は第1閾値よりも大きな値を有するものであり、第2閾値は第3閾値よりも大きな値を有するものである。大小関係は以下の通りとなる。
第1閾値>第3閾値>第2閾値。
Then, when the rotation speed of the shaft 11 further decreases and falls below the third threshold value, power is generated by only one generator 22 and control is performed in which the other one generator 22 does not generate power. The amount of power generation in the generator 22 that generates power is controlled to decrease as the rotational speed decreases. Here, the third threshold value has a larger value than the first threshold value, and the second threshold value has a larger value than the third threshold value. The size relationship is as follows.
First threshold> third threshold> second threshold.

上記の構成によれば、幅広い風速域において発電することができる。例えば、ブレード12に吹き付けられる風の風速、または、シャフト11の回転速度が速い場合には、シャフト11から発電機22に伝達される回転トルク等の回転駆動力は、風速または回転速度が遅い場合と比較して大きくなる。そのため、回転駆動力を2つの発電機22に分配しても、それぞれの発電機22に対して発電を行わせるのに十分な大きさの回転駆動力を供給することができ、風のエネルギを余すことなく電力に変換させることができる。   According to said structure, it can generate electric power in a wide wind speed range. For example, when the wind speed of the wind blown to the blade 12 or the rotation speed of the shaft 11 is fast, the rotational driving force such as the rotation torque transmitted from the shaft 11 to the generator 22 is slow in the wind speed or the rotation speed. Compared to Therefore, even if the rotational driving force is distributed to the two generators 22, it is possible to supply a rotational driving force large enough to cause each of the generators 22 to generate power, thereby reducing the wind energy. It can be converted into electric power without leaving.

逆に、ブレード12に吹き付けられる風の風速、または、シャフト11の回転速度が遅い場合には、シャフト11から発電機22に伝達される回転トルク等の回転駆動力は、風速または回転速度が速い場合と比較して小さくなる。そのため、発電を行う発電機22の数を1つに減らして、シャフト11が発電機22に供給する必要がある回転駆動力を小さくすることにより、ブレード12およびシャフト11を継続して回転させ続けることができ、発電機22による発電を継続させることができる。   On the contrary, when the wind speed of the wind blown to the blade 12 or the rotation speed of the shaft 11 is slow, the rotational driving force such as the rotation torque transmitted from the shaft 11 to the generator 22 has a high wind speed or rotation speed. Smaller than the case. Therefore, the blade 12 and the shaft 11 are continuously rotated by reducing the number of generators 22 that generate power to one and reducing the rotational driving force that the shaft 11 needs to supply to the generator 22. Power generation by the generator 22 can be continued.

さらに、発電を開始することができる最低限の風の風速を遅くする、言い換えると、弱い風でも発電を開始することができる。つまり、1つの発電機22により発電を開始することで、2つの発電機22により発電を開始する場合と比較して、ブレード12、シャフト11、発電機22を回転させ始めるのに必要な起動トルクを小さくすることができる。また、2つの発電機22の合計発電容量と同等の発電容量を有する大型発電機を用いて発電を行う場合と比較しても、起動トルクを小さくすることができる。   Further, the minimum wind speed at which power generation can be started is slowed down, in other words, power generation can be started even with weak wind. That is, starting torque required to start rotating the blade 12, the shaft 11, and the generator 22 as compared with a case where power generation is started by the two generators 22 by starting power generation by one generator 22. Can be reduced. In addition, the starting torque can be reduced as compared with the case where power generation is performed using a large generator having a power generation capacity equivalent to the total power generation capacity of the two power generators 22.

風の風速またはシャフト11の回転速度が遅くなる場合には、風速または回転速度が早い段階で発電を行う発電機22の数を減らして、ブレード12、シャフト11および発電機22を回転させるのに必要な回転駆動力を減少させる制御が行われる。これにより、風の風速が急激に遅くなっても、発電を行う発電機22の数が1つに減らされ、ブレード12、シャフト11および発電機22を回転させるのに必要な回転駆動力が小さくなっているため、ブレード12、シャフト11および発電機22が停止することを防止できる。   When the wind speed of the wind or the rotation speed of the shaft 11 is slow, the number of generators 22 that generate power is reduced at an early stage of the wind speed or rotation speed, and the blade 12, the shaft 11 and the generator 22 are rotated. Control is performed to reduce the required rotational driving force. As a result, even if the wind speed rapidly decreases, the number of generators 22 that generate power is reduced to one, and the rotational driving force required to rotate the blade 12, the shaft 11, and the generator 22 is small. Therefore, it is possible to prevent the blade 12, the shaft 11, and the generator 22 from stopping.

その一方で、風の風速またはシャフト11の回転速度が速くなる場合には、風速または回転速度が遅い段階で発電を行う発電機22の数を2つに増やして、発電できる発電量である発電容量を増加させる制御が行われる。これにより、風の風速が急激に早くなっても、発電容量に余裕があるため、風のエネルギを余すことなく電力に変換させることができる。   On the other hand, when the wind speed of the wind or the rotation speed of the shaft 11 is increased, the number of generators 22 that generate power at the stage where the wind speed or the rotation speed is low is increased to two, and the power generation amount that can be generated is Control to increase the capacity is performed. Thereby, even if the wind speed of the wind is rapidly increased, the power generation capacity is sufficient, so that the wind energy can be converted into electric power without remaining.

1つの発電機22で発電を行っている際に、発電を行っている発電機22の発電量が、当該発電機22の発電容量に対して40%から60%までの間の所定の値を超えた時点で、発電を行う発電機22の数を2つに増やす制御が行われる。このようにすることで、発電容量に近い発電量のときに発電を行う発電機22の数を2つに増やす場合と比較して、ギア部21における負担が過大になることを防止できる。   When power is generated by one generator 22, the power generation amount of the power generator 22 generating power is a predetermined value between 40% and 60% with respect to the power generation capacity of the power generator 22. When it exceeds, control is performed to increase the number of generators 22 that generate power to two. By doing in this way, it can prevent that the burden in the gear part 21 becomes excessive compared with the case where the number of the generators 22 which generate electric power at the time of the electric power generation amount close | similar to electric power generation capacity is increased to two.

シャフト11における負担は、発電を行っている発電機22における発電量の増減によって変動するとともに、シャフト11の軸線を中心とした発電を行う発電部の配置バランスによっても変動する。つまり、個々の発電機22における発電量が同じであっても、発電を行う発電機22の配置バランスが悪いと、ギア部21における負担は大きくなる。そのため、発電を行っている発電機22における発電量が小さい段階で、発電を行う発電機22の数を1つから2つに増やして配置バランスを早い段階で改善することにより、ギア部21にかかる負担が過大になることを防止できる。   The burden on the shaft 11 varies depending on the increase or decrease in the amount of power generation in the generator 22 that generates power, and also varies depending on the arrangement balance of the power generation units that generate power around the axis of the shaft 11. That is, even if the power generation amount of each generator 22 is the same, if the arrangement balance of the generators 22 that generate power is poor, the burden on the gear unit 21 increases. Therefore, by increasing the number of generators 22 that generate power from one to two and improving the arrangement balance at an early stage when the power generation amount in the generator 22 that generates power is small, the gear unit 21 is improved. This burden can be prevented from becoming excessive.

発電を行う発電機22の数を1つから2つに増やす際には、それまで発電を行っていた発電機22における発電量を減らして、発電を行う発電機22の数を2つに増やし、発電を行う発電機22の合計の発電量を増加させている。このようにすることで、発電を行っていた発電機22の発電量を減らすことなく発電を行う発電機22の数を増やす場合と比較して、ギア部21における負担が過大になることを防止できるとともに、電力の配分における負担を小さくすることができる。   When increasing the number of generators 22 that perform power generation from one to two, the amount of power generation in the generator 22 that has been generating power until then is decreased, and the number of generators 22 that generate power is increased to two. The total power generation amount of the power generator 22 that generates power is increased. By doing in this way, it prevents that the burden in the gear part 21 becomes excessive compared with the case where the number of the generators 22 which generate electric power is increased, without reducing the electric power generation amount of the generator 22 which was generating electric power. It is possible to reduce the burden of power distribution.

さらに、発電を行う発電機22の数を2つに増やした際に、発電を行っている2つの発電機22における発電量の差を早く小さくできる。そのため、ギア部21における2つの発電機22へ伝達する回転駆動力の大きさのアンバランスを早く改善することができ、ギア部21における負担が過大になることを防止できる。また、発電を行っている発電機22における発電量を早く均一にすることができるため、発電を行っている発電機22が発電すべき電力の分配の偏りを早く解消することができる。   Furthermore, when the number of generators 22 that generate power is increased to two, the difference in power generation amount between the two generators 22 that generate power can be quickly reduced. Therefore, the imbalance of the magnitude of the rotational driving force transmitted to the two generators 22 in the gear unit 21 can be quickly improved, and the burden on the gear unit 21 can be prevented from becoming excessive. Moreover, since the power generation amount in the power generator 22 that generates power can be made uniform quickly, it is possible to quickly eliminate the uneven distribution of power that the power generator 22 that generates power should generate.

発電を行う発電機22の数を2つから増減させることなく、合計の発電量を増減させる場合、2つの発電機22のそれぞれの発電量を同等に保ちつつ、合計の発電量を増減させている。このようにすることで、2つの発電機22のそれぞれの発電量が大きく異なる場合と比較して、ギア部21における負担を減らすことができるとともに、電力の配分における負担を小さくすることができる。   When the total power generation amount is increased or decreased without increasing or decreasing the number of generators 22 that generate power, the total power generation amount is increased or decreased while keeping the respective power generation amounts of the two generators 22 equal. Yes. By doing in this way, the burden in the gear part 21 can be reduced and the burden in distribution of electric power can be made small compared with the case where each power generation amount of the two generators 22 is greatly different.

なお、制御部44は、コンバータ部41およびパワーコンディショナ43に対して最大電力点追従制御(MPPT制御)を行うことが望ましく、特に、コンバータ部41およびパワーコンディショナ43のそれぞれに対して、独立したMPPT制御を行うことが好ましい。   Note that the control unit 44 preferably performs maximum power point tracking control (MPPT control) on the converter unit 41 and the power conditioner 43, and in particular, independent on each of the converter unit 41 and the power conditioner 43. It is preferable to perform the MPPT control.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図8から図10を参照して説明する。
本実施形態の風力発電装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、発電容量が異なる第1発電機および第2発電機を備えている点が異なっている。よって、本実施形態においては、図8から図10を用いて発電容量が異なる第1発電機および第2発電機を用いた発電について説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the wind turbine generator of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but includes a first generator and a second generator having different power generation capacities from the first embodiment. Is different. Therefore, in the present embodiment, power generation using the first generator and the second generator having different power generation capacities will be described with reference to FIGS. 8 to 10, and description of other components and the like will be omitted.

図8は、本実施形態に係る風力発電装置101における発電機の配置を説明する模式図である。図9は、図8の風力発電装置における連系部140の構成を説明するブロック図である。本実施形態の風力発電装置101における発電部120には、図8に示すように、ギア部21と、発電を行う2つの第1発電機122Aおよび2つの第2発電機122Bと、支持部23(図2など参照。)と、が主に設けられている。   FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the arrangement of the generators in the wind turbine generator 101 according to the present embodiment. FIG. 9 is a block diagram illustrating the configuration of the interconnection unit 140 in the wind turbine generator of FIG. As shown in FIG. 8, the power generation unit 120 in the wind power generator 101 of the present embodiment includes a gear unit 21, two first generators 122 </ b> A and two second generators 122 </ b> B that generate power, and a support unit 23. (See FIG. 2 etc.).

第1発電機122Aおよび第2発電機122Bは、共にシャフト11からギア部21を介して伝達された回転駆動力に基づいて発電を行うものである。本実施形態では、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bは永久磁石とコイルから構成されたコアレス発電機であり、2つの第1発電機122Aおよび2つの第2発電機122Bが発電部120に設けられている例に適用して説明する。   Both the first generator 122 </ b> A and the second generator 122 </ b> B generate power based on the rotational driving force transmitted from the shaft 11 via the gear portion 21. In the present embodiment, the first generator 122A and the second generator 122B are coreless generators composed of permanent magnets and coils, and the two first generators 122A and the two second generators 122B are the power generation unit 120. This will be described by applying to the example provided in FIG.

2つの第1発電機122Aと、2つの第2発電機122Bとは、シャフト11の軸線方向(図8の上下方向)に間隔をあけて配置されている。そのため、2つの第1発電機122Aに回転駆動力を伝えるギア部21と、2つの第2発電機122Bに回転駆動力を伝えるギア部21と、が別々に設けられている。   The two first generators 122A and the two second generators 122B are arranged with an interval in the axial direction of the shaft 11 (vertical direction in FIG. 8). Therefore, the gear part 21 that transmits the rotational driving force to the two first generators 122A and the gear part 21 that transmits the rotational driving force to the two second generators 122B are provided separately.

2つの第1発電機122Aは、発電容量や大きさ等が同一のものであり、連系部140により制御されるものである。さらに2つの第1発電機122Aは、同一直線上に、第1発電機122A、シャフト11、第1発電機122Aの順に並んで配置されている。   The two first generators 122A have the same power generation capacity, size, and the like, and are controlled by the interconnection unit 140. Further, the two first generators 122A are arranged on the same straight line in the order of the first generator 122A, the shaft 11, and the first generator 122A.

第2発電機122Bは、第1発電機122Aと比較して発電容量が大きなものである。また、2つの第2発電機122Bは、発電容量や大きさ等が同一のものであり、連系部140により制御されるものである。さらに2つの第2発電機122Bは、同一直線上に、第2発電機122B、シャフト11、第2発電機122Bの順に並んで配置されている。   The second power generator 122B has a larger power generation capacity than the first power generator 122A. Further, the two second generators 122B have the same power generation capacity, size, etc., and are controlled by the interconnection unit 140. Further, the two second generators 122B are arranged in the order of the second generator 122B, the shaft 11, and the second generator 122B on the same straight line.

連系部140は、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bにより発電された電力における電圧および周波数を、外部の電力系統(例えば、商用電源)における電圧および周波数に変換するものであり、かつ、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bにおける発電を制御するものでもある。連系部140には、図9に示すように、コンバータ部41と、スイッチ部42と、パワーコンディショナ43と、制御部144と、が主に設けられている。   The interconnection unit 140 converts a voltage and a frequency in the power generated by the first generator 122A and the second generator 122B into a voltage and a frequency in an external power system (for example, a commercial power source), and In addition, the power generation in the first generator 122A and the second generator 122B is also controlled. As shown in FIG. 9, the interconnection unit 140 is mainly provided with a converter unit 41, a switch unit 42, a power conditioner 43, and a control unit 144.

制御部144は、内蔵された記憶装置に書き込まれた各種のプログラムを読み込み、実行することにより各種の情報の演算処理を行う演算処理装置である。さらに制御部144は、コンバータ部41およびスイッチ部42を制御することにより、外部の電力系統に出力される電力量を制御するとともに、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bにおける発電を制御するものである。制御部144には、シャフト11の回転数速度を測定する回転センサ45の測定信号が入力され、制御部144は、測定信号に基づいてコンバータ部41およびスイッチ部42を制御する制御信号を生成している。生成された制御信号は、コンバータ部41およびスイッチ部42に出力される。   The control unit 144 is an arithmetic processing device that performs various types of information arithmetic processing by reading and executing various programs written in a built-in storage device. Further, the control unit 144 controls the converter unit 41 and the switch unit 42 to control the amount of power output to the external power system, and also controls power generation in the first generator 122A and the second generator 122B. Is. A measurement signal of the rotation sensor 45 that measures the rotation speed of the shaft 11 is input to the control unit 144, and the control unit 144 generates a control signal for controlling the converter unit 41 and the switch unit 42 based on the measurement signal. ing. The generated control signal is output to the converter unit 41 and the switch unit 42.

次に、本実施形態の特徴である、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bにおける発電の制御について説明する。具体的には、シャフト11の回転数に基づいて発電を行う第1発電機122Aおよび第2発電機122Bの発電を制御する点が本実施形態の風力発電装置101の特徴であり、この点について説明する。図10は、図9の制御部による制御内容を説明するグラフである。   Next, power generation control in the first generator 122A and the second generator 122B, which is a feature of this embodiment, will be described. Specifically, the point of controlling the power generation of the first power generator 122A and the second power generator 122B that generates power based on the rotation speed of the shaft 11 is a feature of the wind power generator 101 of the present embodiment. explain. FIG. 10 is a graph illustrating the contents of control by the control unit of FIG.

風が止まっている状態から風が吹き始めて徐々に風速が早くなると、風を受けたブレード12およびシャフト11は回転し始める(図10の左から右に向かい始める。)。風速が、風力発電装置101において発電が可能となる風速であるカットイン風速を超えると、風力発電装置101において発電が開始される。   When the wind starts blowing from the state where the wind is stopped and the wind speed is gradually increased, the blade 12 and the shaft 11 receiving the wind start to rotate (from the left to the right in FIG. 10). When the wind speed exceeds the cut-in wind speed, which is the wind speed at which power generation is possible in the wind power generation apparatus 101, power generation is started in the wind power generation apparatus 101.

制御部144には回転センサ45から出力された測定信号が入力され、制御部144は、測定信号に基づいてシャフト11の回転速度を推定する。シャフト11の回転速度が第1閾値未満の場合には、制御部144は2つの第1発電機122Aで発電を行い、第2発電機122Bでは発電を行わない制御を行う。発電を行わない制御は、スイッチ部42に対してコンバータ部41からパワーコンディショナ43への電流の流れを遮断する制御信号を出力する等により行われる。   The measurement signal output from the rotation sensor 45 is input to the control unit 144, and the control unit 144 estimates the rotation speed of the shaft 11 based on the measurement signal. When the rotation speed of the shaft 11 is less than the first threshold value, the control unit 144 performs power generation with the two first power generators 122A and performs control without generating power with the second power generator 122B. Control that does not generate power is performed by outputting a control signal that interrupts the flow of current from the converter unit 41 to the power conditioner 43 to the switch unit 42.

シャフト11の回転速度が第1閾値以上になると、制御部144は、第1発電機122Aにおける発電量を減少させる制御を行うとともに、それまで発電を行っていなかった第2発電機122Bにおける発電を開始する制御を行う。第1発電機122Aおよび第2発電機122Bにおける合計の発電量は、図10に示すように、回転速度の増加に比例して増加するように制御されている。   When the rotational speed of the shaft 11 becomes equal to or higher than the first threshold, the control unit 144 performs control to reduce the power generation amount in the first generator 122A and generates power in the second generator 122B that has not been generating power until then. Control to start. As shown in FIG. 10, the total power generation amount in the first generator 122A and the second generator 122B is controlled to increase in proportion to the increase in rotational speed.

第1発電機122Aにおける発電量は、第2発電機122Bにおける発電量との比率が、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bの間の発電容量の比率と同じになるまで、回転速度の増加に伴い減少される。その一方で、第2発電機122Bにおける発電量は、回転速度の増加に伴い増加される。   The amount of power generation in the first generator 122A is the rotational speed until the ratio of the power generation amount in the second generator 122B is the same as the ratio of the power generation capacity between the first generator 122A and the second generator 122B. Decrease with increase. On the other hand, the amount of power generation in the second generator 122B is increased as the rotational speed increases.

第1発電機122Aおよび第2発電機122Bにおける発電量の比率が、発電容量の比率と等しくなると、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bに対して、発電量の比率を一定に保ちつつ、回転速度の増加に伴い発電量を増加させる制御が制御部144によって行われる。   When the ratio of the power generation amount in the first generator 122A and the second generator 122B becomes equal to the ratio of the power generation capacity, the ratio of the power generation amount is kept constant with respect to the first generator 122A and the second generator 122B. The control unit 144 performs control to increase the amount of power generation as the rotational speed increases.

その一方で風が弱くなり、風速が徐々に遅くなると、シャフト11の回転速度が低下し始める(図10の右から左に向かい始める。)。シャフト11の回転速度が第2閾値以上の場合には、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bにおける発電量の比率が、発電容量の比率と等しくなる制御が行われる。シャフト11の回転速度が第2閾値未満に低下すると、回転速度の低下に伴い、第1発電機122Aにおける発電量が増加されると共に、第2発電機122Bにおける発電量は急激に減少される。第1発電機122Aおよび第2発電機122Bにおける合計の発電量は、回転速度の低下に伴い減少するように制御される。   On the other hand, when the wind becomes weak and the wind speed gradually decreases, the rotational speed of the shaft 11 begins to decrease (from the right to the left in FIG. 10). When the rotational speed of the shaft 11 is equal to or higher than the second threshold value, control is performed such that the ratio of the power generation amount in the first generator 122A and the second generator 122B is equal to the ratio of the power generation capacity. When the rotational speed of the shaft 11 falls below the second threshold value, the power generation amount in the first generator 122A is increased and the power generation amount in the second generator 122B is rapidly reduced along with the decrease in the rotation speed. The total amount of power generation in the first generator 122A and the second generator 122B is controlled so as to decrease as the rotational speed decreases.

そして、シャフト11の回転速度が更に低下して、第3閾値未満に低下すると、第1発電機122Aのみで発電が行われ、第2発電機122Bでは発電を行わない制御が行われる。第1発電機122Aにおける発電量は、回転速度の低下に伴い減少する制御が行われる。   When the rotation speed of the shaft 11 further decreases and falls below the third threshold value, power is generated only by the first generator 122A, and control is performed not by the second generator 122B. The amount of power generation in the first generator 122A is controlled to decrease as the rotational speed decreases.

上記の構成によれば、複数の発電機が同じ場合、つまり起動トルクが同じ場合と比較して、風の風速またはシャフト11の回転速度が遅い時には、第1発電機122Aのみで発電を行い、風速または回転速度が速い時には、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bで発電を行うため、より遅い風の風速または回転軸の回転速度の時から発電を行うことができる。   According to the above configuration, when the plurality of generators are the same, that is, when the wind speed of the wind or the rotation speed of the shaft 11 is slow compared to the case where the starting torque is the same, the first generator 122A is used to generate power, When the wind speed or the rotational speed is high, the first generator 122A and the second generator 122B generate electric power, so that it is possible to generate electric power from the slower wind speed or the rotational speed of the rotating shaft.

例えば、風の風速において、3m/sから6m/sの出現率が高い時には、第1発電機122Aのみで発電を行い、7m/sから8m/sの風速が出現し始めたら、第1発電機122Aおよび第2発電機122Bで発電を行う。   For example, when the appearance rate of 3 m / s to 6 m / s is high in the wind speed of the wind, the first power generation is performed only by the first generator 122A, and when the wind speed of 7 m / s to 8 m / s starts to appear, the first power generation Electricity is generated by the machine 122A and the second generator 122B.

なお、上述の実施形態では2つの第1発電機122Aや、2つの第2発電機122Bが同時に発電を開始したり、発電を停止したりするように制御された例に適用して説明したが、さらに、第1の実施形態のように、2つの第1発電機122Aの間や、2つの第2発電機122Bの間で、発電を開始するタイミングや、発電を停止するタイミングを別々に制御してもよい。   In the above-described embodiment, the description is applied to an example in which the two first generators 122A and the two second generators 122B are controlled so as to simultaneously start or stop power generation. Furthermore, as in the first embodiment, the timing for starting power generation and the timing for stopping power generation are controlled separately between the two first generators 122A and between the two second generators 122B. May be.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図11および図12を参照して説明する。
本実施形態の風力発電装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、風速および気象情報に基づいて発電機を制御する点が異なっている。よって、本実施形態においては、図11および図12を用いて発電機の制御について説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 11 and FIG.
The basic configuration of the wind turbine generator of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in that the generator is controlled based on wind speed and weather information. Therefore, in this embodiment, control of a generator is demonstrated using FIG. 11 and FIG. 12, and description of other components is abbreviate | omitted.

図11は、本実施形態に係る風力発電装置201の構成を説明する模式図である。図12は、図11の連系部240における構成を説明するブロック図である。本実施形態の風力発電装置201には、図1に示すように、垂直軸型風車10と、発電部20と、架台30と、連系部240と、が主に設けられている。   FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the configuration of the wind turbine generator 201 according to the present embodiment. FIG. 12 is a block diagram illustrating the configuration of the interconnection unit 240 of FIG. As shown in FIG. 1, the wind turbine generator 201 of the present embodiment is mainly provided with a vertical axis wind turbine 10, a power generation unit 20, a gantry 30, and a linkage unit 240.

連系部240は、発電機22により発電された電力における電圧および周波数を、外部の電力系統(例えば、商用電源)における電圧および周波数に変換するものであり、かつ、発電機22における発電を制御するものでもある。連系部240には、図12に示すように、コンバータ部41と、スイッチ部42と、パワーコンディショナ43と、制御部244と、通信部246と、風速計245と、が主に設けられている。   The interconnection unit 240 converts the voltage and frequency in the power generated by the generator 22 into the voltage and frequency in an external power system (for example, commercial power supply), and controls the power generation in the generator 22. It is also what you do. As shown in FIG. 12, the interconnection unit 240 mainly includes a converter unit 41, a switch unit 42, a power conditioner 43, a control unit 244, a communication unit 246, and an anemometer 245. ing.

通信部246は、インターネットなどの外部の通信網と接続されるインターフェースであり、外部の通信網を介して取得した気象情報に係るデータを制御部244に出力するものである。通信部246としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。   The communication unit 246 is an interface connected to an external communication network such as the Internet, and outputs data related to weather information acquired via the external communication network to the control unit 244. As the communication part 246, a well-known thing can be used and it does not specifically limit.

風速計245は、ブレード12に吹き付ける風の風速を測定するものであり、測定した風速の値を測定信号として制御部244に向けて出力するものである。本実施形態では、水平軸型のプロペラを有する風速計245の例に適用して説明するが、風杯型の風速計であってもよく、その形式を限定するものではない。   The anemometer 245 measures the wind speed of the wind blown on the blade 12, and outputs the measured wind speed value to the control unit 244 as a measurement signal. In the present embodiment, description will be made by applying to an example of an anemometer 245 having a horizontal axis type propeller. However, a cup anemometer may be used, and the form thereof is not limited.

次に、本実施形態の特徴である、発電機22における発電の制御について説明する。具体的には、気象情報および風速に基づいて発電機22の発電を制御する点が本実施形態の風力発電装置201の特徴であり、この点について説明する。   Next, the control of power generation in the generator 22 that is a feature of the present embodiment will be described. Specifically, the point of controlling the power generation of the generator 22 based on weather information and wind speed is a feature of the wind power generator 201 of the present embodiment, and this point will be described.

風が止まっている状態から風が吹き始めて徐々に風速が早くなると、風を受けたブレード12およびシャフト11は回転し始める。風速が、風力発電装置201において発電が可能となる風速であるカットイン風速を超えると、風力発電装置201において発電が開始される。   When the wind starts to blow from the state where the wind is stopped and the wind speed is gradually increased, the blade 12 and the shaft 11 receiving the wind start to rotate. When the wind speed exceeds the cut-in wind speed, which is the wind speed at which power generation is possible in the wind power generator 201, power generation is started in the wind power generator 201.

制御部244には風速計245から出力された測定信号が入力されるとともに、通信部246を介して気象情報のデータが入力される。制御部244は、測定信号に基づいてシャフト11の回転速度を推定するとともに、気象情報のデータに基づいて今後の風速の変化を推定し、所定経過後の将来のシャフト11の回転速度を推定する。推定されたシャフト11の回転速度が第1閾値未満の場合には、制御部244は1つの発電機22で発電を行い、残りの1つの発電機22では発電を行わない制御を行う。   The measurement signal output from the anemometer 245 is input to the control unit 244, and weather information data is input via the communication unit 246. The control unit 244 estimates the rotational speed of the shaft 11 based on the measurement signal, estimates future changes in wind speed based on the weather information data, and estimates the future rotational speed of the shaft 11 after a predetermined elapse. . When the estimated rotation speed of the shaft 11 is less than the first threshold value, the control unit 244 performs power generation with one generator 22 and performs control without performing power generation with the remaining one generator 22.

推定されたシャフト11の回転速度が第1閾値以上になると、制御部244は、発電を行っている発電機22における発電量を減少させる制御を行うとともに、それまで発電を行っていなかった発電機22における発電を開始する制御を行う。2つの発電機22における合計の発電量は、回転速度の増加に比例して増加するように制御されている。   When the estimated rotation speed of the shaft 11 is equal to or higher than the first threshold, the control unit 244 performs control to reduce the amount of power generation in the generator 22 that is generating power, and the generator that has not generated power until then. Control to start power generation at 22 is performed. The total power generation amount in the two generators 22 is controlled so as to increase in proportion to the increase in the rotational speed.

その一方で風が弱くなり、風速が徐々に遅くなると、シャフト11の回転速度が低下し始める。推定されたシャフト11の回転速度が第2閾値以上の場合には、2つの発電機22における発電量が等しくなる制御が行われる。推定されたシャフト11の回転速度が第2閾値未満に低下すると、回転速度の低下に伴い、1つの発電機22における発電量が増加されると共に、他の1つの発電機22における発電量は急激に減少される。2つの発電機22における合計の発電量は、回転速度の低下に伴い減少するように制御される。   On the other hand, when the wind becomes weak and the wind speed gradually decreases, the rotation speed of the shaft 11 starts to decrease. When the estimated rotation speed of the shaft 11 is equal to or higher than the second threshold value, control is performed so that the power generation amounts in the two generators 22 are equal. When the estimated rotation speed of the shaft 11 falls below the second threshold value, the power generation amount in one generator 22 increases with the decrease in the rotation speed, and the power generation amount in the other one generator 22 suddenly increases. Reduced to The total power generation amount in the two generators 22 is controlled so as to decrease as the rotational speed decreases.

そして、推定されたシャフト11の回転速度が更に低下して、第3閾値未満に低下すると、1つの発電機22のみで発電が行われ、他の1つの発電機22では発電を行わない制御が行われる。発電を行う発電機22における発電量は、回転速度の低下に伴い減少する制御が行われる。   Then, when the estimated rotation speed of the shaft 11 further decreases and falls below the third threshold value, power generation is performed by only one generator 22, and control that does not generate power by the other one generator 22 is performed. Done. The amount of power generation in the generator 22 that generates power is controlled to decrease as the rotational speed decreases.

上記の構成によれば、ブレード12に吹き付けられる風の風速を測定した測定信号の他に、気象情報のデータにも基づいて将来のシャフト11の回転速度を推定するため、風速の変化に追従した発電機22の制御を行いやすくなる。風の風速を測定した測定信号にのみ基づく方法では、風速の変化を検知してからでなければ、発電機22の制御を行うことができず、発電機22の制御が遅れがちになる可能性がある。その一方で、気象情報のデータを加えて発電機22の制御を行うことにより、将来の風速の変化の傾向を踏まえた制御を行うことができるため、気象情報のデータを用いない場合と比較して、発電機22の制御が遅れにくくなる。   According to the above configuration, in order to estimate the future rotational speed of the shaft 11 based on the data of weather information in addition to the measurement signal obtained by measuring the wind speed of the wind blown on the blade 12, the change in the wind speed was followed. It becomes easier to control the generator 22. In the method based only on the measurement signal obtained by measuring the wind speed of the wind, the generator 22 cannot be controlled unless a change in the wind speed is detected, and the control of the generator 22 is likely to be delayed. There is. On the other hand, by controlling the generator 22 by adding weather information data, it is possible to perform control based on the tendency of future changes in wind speed, so compared with the case where the weather information data is not used. Thus, the control of the generator 22 is less likely to be delayed.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を、垂直軸型風車を用いた風力発電装置に適用して説明したが、この発明は垂直軸型風車以外にも、水平軸型風車を用いた風力発電装置にも適用できるものである。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the present invention has been described by applying it to a wind power generator using a vertical axis windmill. However, the present invention uses a horizontal axis windmill in addition to the vertical axis windmill. It can also be applied to wind power generators.

1,101,201…風力発電装置、11…シャフト(回転軸)、12…ブレード(羽根)、21…ギア部(伝達部)、22…発電機、44,144,244…制御部、122A…第1発電機、122B…第2発電機   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,201 ... Wind power generator, 11 ... Shaft (rotary shaft), 12 ... Blade (blade), 21 ... Gear part (transmission part), 22 ... Generator, 44, 144, 244 ... Control part, 122A ... 1st generator, 122B ... 2nd generator

Claims (5)

軸線まわりに回転可能に支持された回転軸と、
風を受けて前記回転軸を前記軸線まわりに回転させる羽根と、
回転駆動されることにより発電を行う複数の発電機と、
前記回転軸の回転を前記複数の発電機に伝達する伝達部と、
前記複数の発電機における発電を個別に制御し、前記風の風速、または、前記回転軸における回転速度に比例して、発電を行う前記発電機の数を増減させる制御部と、
が設けられ、
前記制御部は、前記風の風速、または、前記回転軸の回転速度が遅くなり、発電を行う前記発電機の数を減らす場合には、発電を行う前記発電機の数を増やす場合と比較して、速い前記風速または前記回転速度で発電を行う前記発電機の数を減らす制御を行うことを特徴とする風力発電装置。
A rotating shaft supported rotatably about an axis, and
Blades for receiving wind and rotating the rotating shaft around the axis;
A plurality of generators that generate electric power by being rotationally driven;
A transmission unit for transmitting rotation of the rotating shaft to the plurality of generators;
A controller that individually controls power generation in the plurality of power generators, and increases or decreases the number of power generators that generate power in proportion to the wind speed of the wind or the rotational speed of the rotating shaft;
Is provided,
In the case where the wind speed of the wind or the rotation speed of the rotating shaft is slowed down and the number of the generators that generate power is reduced, the control unit is compared with the case where the number of generators that generate power is increased. Te, wind power generation device you and performs control to reduce the number of the generator for generating electric power at a faster the wind speed or the rotational speed.
前記制御部は、前記風の風速、または、前記回転軸の回転速度が速くなる場合であって、一部の前記発電機でのみ発電を行っている際に、発電を行っている前記発電機における発電量が、前記発電を行っている発電機における発電容量に対して約半分を超えると、発電を行う前記発電機の数を増やす制御を行うことを特徴とする請求項1記載の風力発電装置。 The said control part is the case where the wind speed of the said wind or the rotational speed of the said rotating shaft becomes high, Comprising: The said generator which is generating electric power, when generating electric power only with a part of said generator wind power amount, the exceeding about half of the power capacity of the generator is performing power generation, according to claim 1 Symbol placement and performs control to increase the number of the generator for generating electricity in Power generation device. 前記制御部は、発電を行う前記発電機の数を増やす際に、
それまで発電を行っていた前記発電機における発電量を減少させ、かつ、それまで発電を行っていた前記発電機および新たに発電を開始した前記発電機による合計の発電量は増加させることを特徴とする請求項1または2記載の風力発電装置。
When the controller increases the number of generators that generate power,
The amount of power generation in the generator that has been generating power until then is decreased, and the total amount of power generation by the generator that has been generating power up to that point and the generator that has newly started power generation is increased. The wind turbine generator according to claim 1 or 2 .
前記制御部は、発電を行う前記発電機の数を一定に保ちつつ複数の前記発電機において発電を行い、かつ、合計の発電量を増減させる場合、
複数の前記発電機のそれぞれにおける発電量を同等に保ちつつ、前記合計の発電量を増減させる制御を行うことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の風力発電装置。
The control unit performs power generation in the plurality of generators while keeping the number of the generators that generate power constant, and increases or decreases the total power generation amount,
The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 3 , wherein control is performed to increase or decrease the total power generation amount while maintaining the same amount of power generation in each of the plurality of generators.
前記発電機には、比較して起動トルクが小さな第1発電機と、起動トルクが大きな第2発電機と、が含まれ、
前記制御部は、前記風の風速または前記回転軸の回転速度が遅い時には前記第1発電機のみで発電を行わせ、前記風の風速または前記回転軸の回転速度が速い時には、前記第1発電機および前記第2発電機により発電を行わせることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の風力発電装置。
The generator includes a first generator having a relatively small starting torque and a second generator having a large starting torque,
When the wind speed of the wind or the rotation speed of the rotating shaft is slow, the control unit generates power only with the first generator, and when the wind speed of the wind or the rotation speed of the rotating shaft is high, the control section generates the first power generation. The wind power generator according to any one of claims 1 to 4 , wherein power is generated by a power generator and the second power generator.
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